WEBVTT

00:00:00.000 --> 00:00:04.960
在上一集视频中我们了解到为何每个原子

00:00:04.970 --> 00:00:08.140
都想要达到 我把它写下来

00:00:08.160 --> 00:00:11.330
达到最外层八电子的状态

00:00:11.350 --> 00:00:13.720
这是一种最稳定的

00:00:13.730 --> 00:00:15.600
电子排布方式

00:00:15.620 --> 00:00:18.300
根据这个通过观测

00:00:18.320 --> 00:00:20.910
而确认的事实

00:00:20.930 --> 00:00:23.900
我们可以开始推断元素周期表里

00:00:23.910 --> 00:00:26.230
各族元素的情况

00:00:26.250 --> 00:00:28.090
元素周期表里的一族

00:00:28.110 --> 00:00:30.170
指的是表中的一列

00:00:30.190 --> 00:00:32.070
像这一族 这里 我会从这一族

00:00:32.090 --> 00:00:35.310
开始研究 因为它有个特殊的名称

00:00:35.320 --> 00:00:38.430
这一族的元素叫做惰性气体\N【译者注：根据新国标，成为稀有气体】

00:00:38.450 --> 00:00:41.770
那么周期表中同族元素从上到下

00:00:41.790 --> 00:00:42.980
有什么共同点呢？

00:00:43.000 --> 00:00:46.070
周期表中同一列的元素有什么共同点呢

00:00:46.090 --> 00:00:49.800
好的 在上一集视频中我们以及知道位于同一列的元素

00:00:49.820 --> 00:00:52.950
它们的价电子数是相同的

00:00:52.970 --> 00:00:54.970
或者说它们的最外层电子数

00:00:54.990 --> 00:00:56.690
是相同的

00:00:56.710 --> 00:00:58.070
我们来看看是怎么回事

00:00:58.090 --> 00:00:59.160
这一列 这里

00:00:59.170 --> 00:01:01.510
也就是碱金属

00:01:01.530 --> 00:01:05.550
它们最外层有一个电子

00:01:05.570 --> 00:01:08.370
需要告诫你们的是

00:01:08.390 --> 00:01:10.840
氢不能算作是碱金属

00:01:10.850 --> 00:01:13.060
首先 它通常不是以金属形式存在

00:01:13.080 --> 00:01:15.810
另外它不像其他金属元素一样

00:01:15.830 --> 00:01:17.390
有给出电子的倾向

00:01:17.410 --> 00:01:18.630
当我们讨论到

00:01:18.650 --> 00:01:21.570
元素的金属性时

00:01:21.580 --> 00:01:24.790
实际上就是它给出电子的能力

00:01:24.800 --> 00:01:26.560
我们还将会讲到金属的其他性质

00:01:26.580 --> 00:01:30.350
特别是它们具有光泽

00:01:30.370 --> 00:01:31.970
和导电的能力

00:01:31.990 --> 00:01:33.940
以及它们所遵循的周期律

00:01:33.960 --> 00:01:35.420
扯远了 回到正题

00:01:35.440 --> 00:01:37.010
这一列 这里

00:01:37.030 --> 00:01:39.930
这列元素叫做碱土金属

00:01:39.950 --> 00:01:48.180
嗯 这是碱土金属 碱土

00:01:48.200 --> 00:01:54.000
这些元素最外层都是2个电子

00:01:54.020 --> 00:01:56.560
记得 所有元素的原子都想达到8电子结构（通常来说是这样，当然除了氢和氦，译者注）

00:01:56.580 --> 00:02:00.110
如果这些元素要靠得到电子来达到8电子结构

00:02:00.130 --> 00:02:01.200
那真是 路漫漫其修远兮

00:02:01.220 --> 00:02:02.920
碱金属 要得七个电子

00:02:02.930 --> 00:02:06.090
碱土金属要得六个电子

00:02:06.100 --> 00:02:07.220
那它们要从哪里抢夺电子呢？

00:02:07.230 --> 00:02:09.120
因为这些元素不会轻易给出电子

00:02:09.140 --> 00:02:10.670
因为它们最外层已经很接近8电子了

00:02:10.680 --> 00:02:12.840
所以对周期表左边这些元素来说

00:02:12.850 --> 00:02:15.130
给出电子更容易

00:02:15.150 --> 00:02:17.820
事实上 当只有一个电子可以给出时

00:02:17.830 --> 00:02:21.230
尤其是不考虑氢的情况

00:02:21.250 --> 00:02:23.460
当只有一个电子可以给出时

00:02:23.470 --> 00:02:24.990
它确实有给出这个电子的趋势

00:02:25.010 --> 00:02:27.070
正因为如此 这些元素

00:02:27.080 --> 00:02:30.720
它们很少以游离态存在

00:02:30.740 --> 00:02:32.770
所谓的游离态 就是指单质形式

00:02:32.790 --> 00:02:36.440
比如锂单质 钠单质

00:02:36.450 --> 00:02:38.090
钾单质

00:02:38.110 --> 00:02:40.050
当你找到这些元素时它们

00:02:40.070 --> 00:02:42.670
可能已经和其他某些物质反应了

00:02:42.680 --> 00:02:44.830
很可能就是周期表这边的一些元素

00:02:44.840 --> 00:02:46.870
因为这些元素很希望给出电子

00:02:46.890 --> 00:02:48.880
而这些元素很希望得到电子

00:02:48.890 --> 00:02:50.660
于是反应就这么发生了

00:02:50.670 --> 00:02:53.120
这些元素化学性质很活泼

00:02:53.140 --> 00:02:55.270
碱土金属的化学性质也比较活泼

00:02:55.280 --> 00:02:59.010
但不如碱金属那么活泼

00:02:59.030 --> 00:03:01.710
因为碱金属本身的结构已经非常

00:03:01.730 --> 00:03:03.940
接近8电子稳定结构了

00:03:03.960 --> 00:03:06.320
而碱土金属就差的稍远一点

00:03:06.340 --> 00:03:11.500
我猜你应该能得出 它们要花更多的力气

00:03:11.520 --> 00:03:14.010
来给出两个电子

00:03:14.030 --> 00:03:16.550
而碱金属只用给出一个

00:03:16.570 --> 00:03:20.570
我们已经知道这列元素最外层有两个电子

00:03:20.590 --> 00:03:21.820
接下来的这些元素

00:03:21.840 --> 00:03:26.080
也叫做过渡金属 随着电子数的增加

00:03:26.090 --> 00:03:31.390
是回填入上一能层的d亚层

00:03:31.410 --> 00:03:32.150
对吧？

00:03:32.160 --> 00:03:34.570
所以它们的最外层仍是两个电子

00:03:34.590 --> 00:03:36.300
这些都是

00:03:36.320 --> 00:03:38.160
比方说这是第四周期

00:03:38.180 --> 00:03:44.820
那么这些元素最外层都是4s2

00:03:44.840 --> 00:03:49.570
这些元素最后的电子都是回填到3d轨道

00:03:49.590 --> 00:03:52.840
或者说3d亚层

00:03:52.860 --> 00:03:54.630
噢 这些应该是2

00:03:54.650 --> 00:03:57.640
它们都有两个最外层电子

00:03:57.660 --> 00:04:00.600
就像碱土金属一样

00:04:00.610 --> 00:04:03.570
它们需要失去两个电子

00:04:03.590 --> 00:04:06.340
来达到8电子结构

00:04:06.350 --> 00:04:07.740
我研究这个问题的方法是

00:04:07.750 --> 00:04:09.140
这仅仅是其中一种方法

00:04:09.150 --> 00:04:11.890
它可能已经被证明有现实的物理意义

00:04:11.910 --> 00:04:14.760
就是把这些元素想象成有一定的电子“冗余”

00:04:14.770 --> 00:04:19.670
就是说它们不仅可以给出这些价层电子

00:04:19.690 --> 00:04:25.970
比方说把铁的两个价电子写下来 像这样

00:04:25.990 --> 00:04:28.790
还可以给出另一些电子

00:04:28.810 --> 00:04:31.110
类似于上一能层的d轨道中

00:04:31.130 --> 00:04:36.420
储备的电子

00:04:36.430 --> 00:04:40.390
如果它们给出了4s的两个电子

00:04:40.410 --> 00:04:42.530
但是它们还有这些能量较高的

00:04:42.540 --> 00:04:43.600
3d轨道电子

00:04:43.610 --> 00:04:45.600
可以作为代替

00:04:45.620 --> 00:04:47.610
我会尽可能地使用一些引用符号

00:04:47.630 --> 00:04:50.100
因为这就是我把事物形象化的方法

00:04:50.120 --> 00:04:52.990
我之所以专门强调这一点

00:04:53.010 --> 00:04:57.740
是因为金属有很强的给出电子的趋势

00:04:57.760 --> 00:05:00.130
它们反应时

00:05:00.150 --> 00:05:01.610
会说 嘿 拿走我的电子吧

00:05:01.620 --> 00:05:03.370
这些元素会说 这两个都拿走吧

00:05:03.390 --> 00:05:05.840
而这些元素 它们会说

00:05:05.860 --> 00:05:07.380
尤其是它们的d亚层有电子时

00:05:07.400 --> 00:05:08.750
我也有那两个电子

00:05:08.770 --> 00:05:10.200
并且我不仅只有那两个电子

00:05:10.220 --> 00:05:11.710
我还有更多电子

00:05:11.730 --> 00:05:13.640
就是这了

00:05:13.650 --> 00:05:15.480
我还有一些储备在d轨道里的

00:05:15.500 --> 00:05:18.000
发生在过渡金属身上的

00:05:18.020 --> 00:05:20.500
也尤其会发生在

00:05:20.520 --> 00:05:22.500
这里的这些金属元素身上

00:05:22.510 --> 00:05:23.930
它们并不在同一族里

00:05:23.940 --> 00:05:27.160
不过这些金属 用这种颜色表示的

00:05:27.180 --> 00:05:30.750
这些金属元素有很多电子

00:05:30.770 --> 00:05:32.540
它们不仅有这些额外的电子

00:05:32.560 --> 00:05:34.480
而且还填满了它们的d轨道

00:05:34.500 --> 00:05:35.960
它们所拥有的（d轨道）

00:05:35.970 --> 00:05:37.600
特别是当它们是游离态时

00:05:37.610 --> 00:05:38.640
说到这个游离态

00:05:38.660 --> 00:05:41.230
意思是就只有一大块单质铝

00:05:41.240 --> 00:05:45.820
没有跟氧气之类的任何东西反应的铝

00:05:45.830 --> 00:05:47.050
就是纯净的一块铝

00:05:47.060 --> 00:05:47.860
对吧？

00:05:47.880 --> 00:05:48.900
当你有一块单质铝时

00:05:48.920 --> 00:05:50.710
在各个铝原子之间

00:05:50.720 --> 00:05:51.980
会形成金属键

00:05:52.000 --> 00:05:55.310
你知道的 在铝原子里

00:05:55.330 --> 00:05:56.590
确实有三个

00:05:56.610 --> 00:05:59.290
核外电子在最外层轨道

00:05:59.310 --> 00:06:01.780
但是它还有这些

00:06:01.800 --> 00:06:03.730
d轨道的回填电子

00:06:03.750 --> 00:06:06.690
并且会跟其他铝原子共用这些电子

00:06:06.710 --> 00:06:08.440
于是就形成了铝原子的海洋

00:06:08.450 --> 00:06:10.140
它们相互吸引

00:06:10.160 --> 00:06:12.500
或者说形成了铝的电子海

00:06:12.520 --> 00:06:20.800
在原子和原子之间有一群电子

00:06:20.810 --> 00:06:23.060
由于原子给出电子的趋势

00:06:23.070 --> 00:06:24.220
它们得相互吸引

00:06:24.230 --> 00:06:25.030
对吧？

00:06:25.050 --> 00:06:29.660
那么实际的原子 应该是铝正离子

00:06:29.670 --> 00:06:31.660
或许是给出了三个电子

00:06:31.670 --> 00:06:33.520
但是这里我也不确定

00:06:33.540 --> 00:06:35.330
我只是对这个理论 给你们一种直观的感受

00:06:35.340 --> 00:06:37.410
这就是金属有良好导电性的原因

00:06:37.430 --> 00:06:40.480
因为电流就是一串电子的移动

00:06:40.490 --> 00:06:42.620
为了让电子能够移动

00:06:42.640 --> 00:06:45.980
要让剩余的电子围绕在周围

00:06:46.000 --> 00:06:49.110
所以这个区域周围的金属是很好的导体

00:06:49.120 --> 00:06:52.480
事实上 银是最好的导体

00:06:52.500 --> 00:06:56.790
银 是这个星球上最好的导体

00:06:56.810 --> 00:07:01.080
但是它很少用来做导线而是用铜

00:07:01.100 --> 00:07:03.070
因为铜比银更容易得到

00:07:03.090 --> 00:07:05.830
但银还是最好的导体

00:07:05.840 --> 00:07:07.550
对于这点 我的想法是

00:07:07.570 --> 00:07:10.570
一旦一条轨道被填满了

00:07:10.580 --> 00:07:12.770
这条轨道就会变得有几分稳定了

00:07:12.790 --> 00:07:15.430
这些元素的d轨道都被填满了

00:07:15.440 --> 00:07:19.090
而这些元素 它们的d轨道没被填满

00:07:19.110 --> 00:07:20.380
所以它们有很多过剩的电子

00:07:20.400 --> 00:07:21.900
这对导电性能很有好处

00:07:21.920 --> 00:07:23.220
这只是靠直觉的推断

00:07:23.230 --> 00:07:25.900
我没有做过实验来验证

00:07:25.920 --> 00:07:27.600
但是它可以帮助你理解

00:07:27.610 --> 00:07:29.220
物质为什么可以导电

00:07:29.240 --> 00:07:30.950
以上是关于过渡金属的

00:07:30.960 --> 00:07:33.970
这些元素实际上也被看做是金属

00:07:33.990 --> 00:07:35.470
至于为什么这些元素会被叫做

00:07:35.490 --> 00:07:37.770
过渡金属是因为最后的电子填入了d轨道

00:07:37.790 --> 00:07:40.120
过渡金属听起来

00:07:40.130 --> 00:07:41.480
好像不如金属那么好

00:07:41.500 --> 00:07:44.120
但是一提到金属

00:07:44.140 --> 00:07:45.470
我总是最先想到铁

00:07:45.480 --> 00:07:48.530
当然 我还会想到银 铜 金

00:07:48.540 --> 00:07:51.210
所以叫它们过渡金属有点不公平

00:07:51.220 --> 00:07:53.280
就我而言 我真的不认为铝比铁

00:07:53.290 --> 00:07:55.150
更像金属

00:07:55.160 --> 00:07:57.100
但是在化学分类的世界里

00:07:57.120 --> 00:08:00.640
铝的金属性更强

00:08:00.650 --> 00:08:01.670
这里的这些元素

00:08:01.680 --> 00:08:04.720
我知道我逐渐淡化了族的概念

00:08:04.730 --> 00:08:07.420
但我还是把它们的价电子数写下来

00:08:07.440 --> 00:08:09.420
所以这一列是3个价电子

00:08:14.040 --> 00:08:17.150
那么这些元素最外层有3个电子

00:08:17.170 --> 00:08:19.750
看起来对它们来说

00:08:19.770 --> 00:08:21.650
失去电子比得到电子更容易

00:08:21.670 --> 00:08:25.450
也许在某些特殊的情况是这样

00:08:25.470 --> 00:08:27.810
特别是 比方说 硼

00:08:27.830 --> 00:08:28.880
在某些情况下

00:08:28.900 --> 00:08:31.050
它可能会得到5个电子

00:08:31.070 --> 00:08:33.000
尽管这比较少见

00:08:33.020 --> 00:08:34.150
给出三个电子要容易多了

00:08:34.170 --> 00:08:35.990
这就是为什么这么多

00:08:36.010 --> 00:08:38.510
“理论上的金属”出现在这个分类

00:08:38.520 --> 00:08:41.830
如你所见 顺着周期表从上往下

00:08:41.840 --> 00:08:44.410
你会找到有越来越多

00:08:44.430 --> 00:08:46.480
价电子的金属

00:08:46.490 --> 00:08:49.820
到目前为止 比方说 铅

00:08:49.830 --> 00:08:52.160
它仍然是金属 尽管它有

00:08:52.170 --> 00:08:54.060
4个价电子

00:08:54.080 --> 00:09:00.290
这是因为原子体积很大 半径很长

00:09:00.300 --> 00:09:03.180
以至于最外层的电子离原子核很远

00:09:03.200 --> 00:09:04.950
所以那些电子更容易失去

00:09:04.960 --> 00:09:07.220
举个例子 从这里开始 首先是碳

00:09:07.230 --> 00:09:10.470
它的电子离原子核很近

00:09:10.490 --> 00:09:11.700
所以它们很难被抢走

00:09:11.710 --> 00:09:14.680
所以碳原子更可能是从其他原子

00:09:14.700 --> 00:09:16.700
处获得电子来达到8电子结构

00:09:16.710 --> 00:09:20.160
然而这些元素的价电子离原子核

00:09:20.180 --> 00:09:22.380
很远所以它们更倾向于

00:09:22.400 --> 00:09:24.070
失去这些电子来达到8电子结构

00:09:24.090 --> 00:09:26.760
回到氙的电子构型

00:09:26.780 --> 00:09:31.840
接着看 这些元素是非金属元素

00:09:31.860 --> 00:09:32.670
对吧？

00:09:32.680 --> 00:09:34.460
在大多数反应中

00:09:34.480 --> 00:09:36.030
它们更倾向于得电子

00:09:36.050 --> 00:09:39.450
然后黄色的这一族元素的化学性质十分活泼

00:09:39.460 --> 00:09:44.650
尤其是在和碱金属元素反应时

00:09:44.670 --> 00:09:46.410
它们叫做卤素

00:09:46.430 --> 00:09:48.460
可能之前你已经听说过这个名词了

00:09:48.470 --> 00:09:50.560
卤素灯

00:09:50.580 --> 00:09:57.900
把它们叫做卤素灯没有问题

00:09:57.910 --> 00:09:59.470
这不是随机选的一个词

00:09:59.480 --> 00:10:02.430
或许我将来要专门为它录一集视频

00:10:02.450 --> 00:10:04.640
最后 我们来看惰性气体（稀有气体）

00:10:04.660 --> 00:10:06.870
惰性气体有哪些特点呢？

00:10:06.890 --> 00:10:09.780
首先 它们的最外层

00:10:09.790 --> 00:10:11.410
都有8个电子 对吧？

00:10:11.430 --> 00:10:12.490
除了氦

00:10:12.510 --> 00:10:13.930
氦是两个

00:10:13.950 --> 00:10:18.760
氦的核外电子排布是1s2

00:10:18.780 --> 00:10:20.210
剩下的这些元素

00:10:20.230 --> 00:10:23.140
这个元素的电子排布是

00:10:23.160 --> 00:10:24.090
这是氖

00:10:28.110 --> 00:10:30.240
它的最外层有八个电子

00:10:30.260 --> 00:10:31.230
所以它很淡定

00:10:31.250 --> 00:10:32.650
氩 也是一样

00:10:32.670 --> 00:10:37.380
最外层的电子排布式是3s2 3p6

00:10:37.400 --> 00:10:42.950
氪的最外层的电子排布式是3s2 3p6\N【口误，应该是4s2 4p6】

00:10:42.960 --> 00:10:45.800
它还有一些3d轨道电子

00:10:45.820 --> 00:10:47.820
因为要回填到这里

00:10:47.840 --> 00:10:50.020
所有的惰性气体元素最外层都是八个电子

00:10:50.040 --> 00:10:51.080
所以它们都很淡定

00:10:51.090 --> 00:10:52.670
它们没有发生反应的动机

00:10:52.680 --> 00:10:54.870
它们是那种

00:10:54.890 --> 00:10:57.370
任尔风吹浪打

00:10:57.380 --> 00:10:58.940
我自岿然不动 的类型

00:10:58.950 --> 00:11:00.700
我们既不给电子也不抢电子

00:11:00.720 --> 00:11:04.740
正因为如此它们的化学性质十分的稳定

00:11:04.760 --> 00:11:08.480
非常非常稳定

00:11:08.500 --> 00:11:09.710
众所周知 在当年

00:11:09.730 --> 00:11:13.480
人们制造齐柏林式飞艇

00:11:13.500 --> 00:11:17.840
一种很大的飞船 兴登堡号就是个著名的例子

00:11:17.860 --> 00:11:19.010
当时人们用的是氢气

00:11:19.030 --> 00:11:22.280
显然氢气是一种化学性质很活泼的物质

00:11:22.300 --> 00:11:23.520
非常易燃

00:11:23.530 --> 00:11:25.020
所以很快就会爆炸

00:11:25.040 --> 00:11:26.300
这也是为什么现在

00:11:26.320 --> 00:11:30.350
小丑和儿童玩的气球的制造商

00:11:30.370 --> 00:11:33.530
宁愿用氦气来代替

00:11:33.540 --> 00:11:36.810
因为氦气是惰性气体 非常难发生反应

00:11:36.820 --> 00:11:39.180
几乎不可能在孩子的

00:11:39.190 --> 00:11:42.410
生日派对上发生爆炸

00:11:42.430 --> 00:11:45.300
总而言之 这集的内容已经讲完了

00:11:45.320 --> 00:11:47.450
在下一集视频里我们要讨论下

00:11:47.460 --> 00:11:50.550
元素周期表的变化规律